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MIPI接口介绍
$ b8 P/ A# k/ Y, H' y: H- r
+ l! K! f7 X2 i( V& _" k0 ^! ?' h2 o一、MIPI) r1 J$ _7 q5 G
. [* j w+ T2 }; P) v9 ~' _7 {
MIPI（移动行业处理器接口）是Mobile Industry Processor InteRFace的缩写。MIPI（移动行业处理器接口）是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。
3 j8 x. V- E1 P2 R
# f. m' {' m' o. T) K- O已经完成和正在计划中的规范如下：
3 M, j# U5 W2 _5 W$ r
) B( f" A4 G+ g# o
' F* k2 }8 H/ Z6 X3 m9 f& o0 l. T; Q) O) A" n# D1 n) t3 t- n
# i3 ^. N, Y; r
2 o+ j) t- }* m# l& g3 i" U
二、MIPI联盟的MIPI DSI规范
+ t8 `- y8 |9 h2 G9 F# P
- l0 u6 x3 j& u) V* R5 N0 T0 N1、名词解释% B& z. |* v8 r3 O, z
. P" b8 d( w$ o9 P/ s& o7 E
• DCS (DisplayCommandSet)：DCS是一个标准化的命令集，用于命令模式的显示模组。
- E* Y# L. g1 O4 _" A2 W• DSI, CSI (DisplaySerialInterface, CameraSerialInterface
/ ^4 ?0 y+ ~) w; z# D8 [2 U • DSI 定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口。1 E) m6 R6 h+ O" V; S
• CSI 定义了一个位于处理器和摄像模组之间的高速串行接口。
1 H+ K. E0 B/ P• D-PHY：提供DSI和CSI的物理层定义6 l* L: i) r6 [7 _# d" f* i
2、DSI分层结构
5 ?, T4 M3 c" I$ u: XDSI分四层，对应D-PHY、DSI、DCS规范、分层结构图如下：
% j, {2 P! C) ?6 T9 J• PHY 定义了传输媒介，输入/输出电路和和时钟和信号机制。. g) K5 q0 f: O
• Lane Management层：发送和收集数据流到每条lane。; D4 L% ~7 U' f) y. y- b N8 D0 p- N
• Low Level Protocol层：定义了如何组帧和解析以及错误检测等。
( ?$ [6 M9 ^ t' `" h1 a• Application层：描述高层编码和解析数据流。2 q& l' c8 |1 D6 R* l- `
( {, d, j" {) }/ f0 ?
6 a4 X& q6 A8 P: n
2 ^% R: ]+ O. D: Z& q" j3、Command和Video模式
- q6 X" j% R y6 Z) k• DSI兼容的外设支持Command或Video操作模式，用哪个模式由外设的构架决定
% M2 b; O! q0 p8 P# t4 E• Command模式是指采用发送命令和数据到具有显示缓存的控制器。主机通过命令间接的控制外设。Command模式采用双向接口
7 I" ^, p$ p- ]- s6 y• Video模式是指从主机传输到外设采用时实象素流。这种模式只能以高速传输。为减少复杂性和节约成本，只采用Video模式的系统可能只有一个单向数据路径. N; r0 w' d+ w5 F) k
/ L2 }( `/ Q; U
; t5 p: R# D E M4 w) H' [
a3 t7 I2 d/ E# L0 I三、D-PHY介绍
- k1 n1 Y5 r- p$ X5 I
% J+ V5 @, q! {+ w1、 D-PHY 描述了一同步、高速、低功耗、低代价的PHY。: p) K' z* W0 c3 R
6 [ G! J* ^5 f& s• 一个 PHY配置包括
! z5 R) A8 k; W* H5 ?" u • 一个时钟lane7 o, e3 X9 F8 A+ W
• 一个或多个数据lane
+ ?0 y }; G; H A• 两个Lane的 PHY配置如下图
% {6 A8 u- n; g) x O' ], V/ M$ e _8 i
• 三个主要的lane的类型
) n; A3 C9 O _% W4 y" b • 单向时钟Lane2 H0 N3 g5 z- q5 C( W7 o$ \$ ^) d5 j
• 单向数据Lane
. J- _* D( `: a T • 双向数据Lane
5 q& Z: W- I1 I. w• D-PHY的传输模式$ i- H) q# ` o! C& q
• 低功耗（Low-Power）信号模式（用于控制）：10MHz (max); l+ K. n, w1 F& Y# l
• 高速（High-Speed）信号模式（用于高速数据传输）：80Mbps ~ 1Gbps/Lane
) Y- o9 Z6 M1 X9 U; k% \6 x• D-PHY低层协议规定最小数据单位是一个字节
, R ~1 M' Q. \$ P • 发送数据时必须低位在前，高位在后.
; @) L3 p4 Z" t! f• D-PHY适用于移动应用
* K% X8 z" Q; j# ^/ q: c6 M$ |2 r( s • DSI：显示串行接口% `. A- K( w, E% I9 |, g* D3 M
• 一个时钟lane，一个或多个数据lane O; I7 p& l2 ?" y3 M
• CSI：摄像串行接口
, X; v+ E4 I7 I3 e1 B( |3 O6 u* b2、Lane模块
- B7 d- G3 z4 u6 G+ T• PHY由D-PHY(Lane模块)组成
8 u- w. f! [ V" U* w0 ]4 R5 A• D-PHY可能包含：
8 s3 @. o; W7 t2 v2 t7 H • 低功耗发送器（LP-TX）
6 K: y p8 C" J% m8 O • 低功耗接收器（LP-RX）* O3 h/ H$ d+ [' C" F
• 高速发送器（HS-TX） 6 A X, c6 T4 m* D5 o0 X
• 高速接收器（HS-RX）7 g' z( R5 }! i
• 低功耗竞争检测器（LP-CD）* C5 b9 j& V! X0 d9 O' c
• 三个主要lane类型. j5 v7 L N6 F0 Q
• 单向时钟Lane1 y) G) P* U4 M$ ^
• Master：HS-TX, LP-TX. g/ b" `$ f" V6 ^. _; y3 O$ W
• Slave：HS-RX, LP-RX
3 U; ?* i( ~2 L$ B& c4 L • 单向数据Lane
8 ]6 Z0 Y% A# v; x) ^ • Master：HS-TX, LP-TX0 S4 u1 w/ M1 K' S+ y$ W
• Slave：HS-RX, LP-RX
+ s$ i" i8 h5 v/ Q' O* K3 e8 x • 双向数据Lane
1 y8 P! x! h/ g% S5 u9 d0 F • Master, Slave：HS-TX, LP-TX, HS-RX, LP-RX, LP-CD' z8 {4 X3 J3 d; P; d) d' u
3、Lane状态和电压
- w2 t( @2 U. I6 t7 { • Lane状态
4 k8 d2 H6 H6 ^/ p# ~; n • LP-00, LP-01, LP-10, LP-11 (单端)
2 @# c9 d* I+ \" P4 R. @* r • HS-0, HS-1 (差分)
6 X1 J% E# d; r0 Q- ~& y • Lane电压（典型） 6 H% J. R$ j# ?
• LP：0-1.2V* r# C9 H& E+ K0 n4 C
• HS：100-300mV (200mV)3 ]5 @/ x1 U+ d+ _
4、操作模式 " r* D% H: T( S3 Q7 n n% F- ^
• 数据Lane的三种操作模式
: L6 J9 Z# ~. c- l! e. ? • Escape mode, High-Speed(Burst) mode, Control mode. i* e C; O& i) h: u+ [' l
•从控制模式的停止状态开始的可能事件有：
% h# O' X5 K% B, u • Escape mode request (LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00)$ g: n# O5 X/ e5 o
• High-Speed mode request (LP-11→LP-01→LP-00); x' D. P6 z6 C& F
• Turnaround request (LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00)
+ c R; x5 [2 P# W% |, g • Escape mode是数据Lane在LP状态下的一种特殊操作 / |1 t L' L6 ^7 N t+ P3 v
•在这种模式下，可以进入一些额外的功能：LPDT, ULPS, Trigger, i1 L5 \6 ~1 E8 t) C
•数据Lane进入Escape mode模式通过LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00
, e( A; U, h. V o •一旦进入Escape mode模式，发送端必须发送1个8-bit的命令来响应请求的动作
. d# _ q7 U* X/ Z • Escape mode 使用Spaced-One-Hot Encoding( x. y# c; D/ @9 R# v: Y5 h# L
•超低功耗状态（Ultra-Low Power State）
5 x" u/ w+ W o+ q% \" @ •这个状态下，lines处于空状态 (LP-00)
% m. v9 G7 C1 a; ? • 时钟Lane的超低功耗状态
; m, |) {% ^+ A! @1 F% x •时钟Lane通过LP-11→LP-10→LP-00进入ULPS状态
, H9 E+ i, c/ B: g9 r/ v' ^ •通过LP-10 → TWAKEUP →LP-11退出这种状态，最小TWAKEUP时间为1ms
1 C3 q, A7 h* i • 高速数据传输7 i. k5 r& n* N& n/ s5 y i% P
•发送高速串行数据的行为称为高速数据传输或触发（burst）
, ~' @2 V/ m: z H •全部Lanes门同步开始，结束的时间可能不同。
2 b9 a% r( D; {. U5 u* z/ | •时钟应该处于高速模式5 S' q4 t/ `5 v5 o) u
• 各模操作式下的传输过程
9 R# k! M' W' o* P% F6 ]. v •进入Escape模式的过程 ：LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00→Entry Code → LPD (10MHz)
7 D/ z) b8 H" `+ K; l9 p0 [ •退出Escape模式的过程：LP-10→LP-11
% p0 H& `+ p; O; y' X' g •进入高速模式的过程：LP-11→LP-01→LP-00→SoT(00011101) → HSD (80Mbps ~ 1Gbps)
- ]' t0 G ]# q0 \: E4 v •退出高速模式的过程：EoT→LP-11$ _# H8 E! b4 {% F p7 H
•控制模式 - BTA 传输过程：LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00
0 Y6 O0 }$ b# s3 |% o, q' O •控制模式 - BTA 接收过程：LP-00→LP-10→LP-11
! s) O# A; |, ~5 x" d1 f • 状态转换关系图$ V7 P/ n: u! W% {. `; t* k/ j* ?( ^
3 k# _! Y7 N# I& ^ S8 P$ L
. A2 B4 \& h* s& F4 M1 @5 l四、DSI介绍* ^1 L3 H& H" O
1、DSI是一种Lane可扩展的接口，1个时钟Lane/1-4个数据Lane% R. U4 {) n- ~2 K v
• DSI兼容的外设支持1个或2个基本的操作模式：2 A+ O$ d" y3 {2 D
• Command Mode（类似于MPU接口）) b8 |& h* _$ c8 F3 z" h3 u( o
• Video Mode（类似于RGB接口）- 必须用高速模式传输数据，支持3种格式的数据传输
/ q4 e) I8 V) f5 j- u • Non-Burst 同步脉冲模式. ?2 ?+ I* B2 ^3 N8 F. C+ ^
• Non-Burst 同步事件模式9 y+ h+ J$ e" m9 A1 ]- L
• Burst模式
2 X4 U4 l& T6 n" T • 传输模式：
- E; i! f2 S# ]# g% O+ U • 高速信号模式（High-Speed signaling mode）
% c7 L: o; m6 r# _, z! e) v • 低功耗信号模式（Low-Power signaling mode） - 只使用数据lane 0（时钟是由DP，DN异或而来）。
8 k7 D+ }' ? {* T • 帧类型2 N; W0 J# [; K+ T; U. m
• 短帧：4 bytes (固定)& t, g2 _/ K/ t% ?) E$ d
• 长帧：6~65541 bytes (可变)
0 w: y9 M7 J m7 q: |0 e7 }5 M
# @. C! Y' P+ j5 D• 两个数据Lane高速传输示例
5 _8 \0 V- P; x
9 v4 ?; x) L. a N. e
: A5 q& P! H5 \5 z- V9 Z
% g* M: c, ~8 f. E2、短帧结构/ \# A" ^( V9 ^/ G
• 帧头部（4个字节）, G1 q! D% r) S, @2 D! o+ d
• 数据标识(DI) 1个字节
" U7 H* K/ F1 ^/ p4 K) G/ p+ y, h • 帧数据- 2个字节 （长度固定为2个字节）
2 x8 @' o% O9 o, c • 错误检测(ECC) 1个字节
, ?: p9 Y0 j- `7 s4 v( @3 z( m • 帧大小
X) @ m1 d- R9 P# U, x • 长度固定为4个字节% T7 b. V. D9 K4 z8 f* K
3、长帧结构$ l2 J9 m. Y' I! a
• 帧头部（4个字节）
# W) P, ^0 n7 |1 Y* w- ?+ \ • 数据标识(DI) 1个字节+ a- x4 |7 F' C# K
• 数据计数- 2个字节 （数据填充的个数）) t# X. p5 d+ r3 ]( m' J0 K$ l$ s) D
• 错误检测(ECC) 1个字节' I4 b G" N4 t
•数据填充(0~65535 字节)3 }7 C+ _. n+ s: P' o% }- \
• 长度=WC*字节% Y- [- ~: _1 g. ^
• 帧尾：校验和（2个字节）
/ o* K% V4 |7 e% Q1 _1 R/ x$ | • 帧大小：
3 u0 G7 r B0 x+ D • 4 + (0~65535) + 2 = 6 ~ 65541 字节* F$ @1 u: p- G# D9 _2 I; U
3 e1 I2 x5 T [4 U. {% m T( B
4、帧数据类型
, [+ f9 `; w: k/ R8 B; W8 e. U
3 N9 M2 S& E8 G& W) M; i% }7 w% t. S( F# S g& [
$ B; j3 ~' g6 K2 ] `+ e, Y9 ~
五、MIPI DSI信号测量实例
% j0 Q+ G# ^* Y: D. K
) k, \9 ^! Q- u6 Y1、MIPI DSI在Low Power模式下的信号测量图3 n2 w; q% O4 U. r5 l
# c, t2 _' F" l( ~7 @, C: w% ~/ V" o
/ Q1 j0 h) |9 a1 Q6 { i. U8 `0 { I9 S) i, w3 P; a# ]+ w
2、MIPI的D-PHY和DSI的传输方式和操作模式
6 w' }& g" j; V( s6 m
7 c8 R! u; p! G) m9 H9 i7 w8 R• D-PHY和DSI的传输模式7 e0 L: o: M1 \- j9 U1 h! a
• 低功耗（Low-Power）信号模式（用于控制）：10MHz (max), m, X, o8 J* V! q
• 高速（High-Speed）信号模式（用于高速数据传输）：80Mbps ~ 1Gbps/Lane3 y# x1 |7 S$ {8 e# `. [
• D-PHY的操作模式2 [" P+ X( s) w, B1 r
• Escape mode, High-Speed(Burst) mode, Control mode9 a# x6 m6 ~9 R. r
• DSI的操作模式0 Y3 L7 u4 m* n9 x7 a" N f1 N# r
• Command Mode（类似于MPU接口）
+ p/ J( t' `5 h& E. }1 Z& R • Video Mode（类似于RGB接口）- 必须用高速模式传输数据0 F, Q+ K. Z# Z) ?
3、小结论
& v/ D9 @# ?" b$ c• 传输模式和操作模式是不同的概念) V, n8 ?7 |" k t, S0 D8 n
• Video Mode操作模式下必须使用High-Speed的传输模式6 P; a; Z5 A+ ^
• Command Mode操作模式并没有规定使用High-Speed或Low Power的传输模式，或者说
$ g) v }8 b& _; |9 g3 ]• 即使外部LCD模组为Video Mode，但通常在LCD模组初始化时还是使用Command Mode模式来读写寄存器，因为在低速下数据不容易出错并且容易测量。! p* o+ V% `* j
• Video Mode当然也可以用High-Speed的方式来发送指令，Command Mode操作模式也可以使用High-Speed，只是没有必要这么做。
& [( g- G2 m0 s8 S( G9 ^( s6 ^$ W5 E |
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发表于 2019-3-11 11:03
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